BAB II TEORI DASAR
2. ANALISIS BEBAN DINAMIK
a. RESPON SPEKTRUM
Respon spektrum adalah suatu spectrum yang disajikan dalam bentuk grafik/plot antara periode getar struktur T, lawan respon-respon maksimum bedasarkan rasio redaman dan gempa tertentu. Respon-respon maksimum dapat berupa simpangan maksimum, kecepatan maksimum atau percepatan maksimum maksimum struktur SDOF.
Terdapat dua macam respon spectrum, yaitu spectrum elastik dan spectrum inelastik. Spectrum elastik adalah suatu spectrum yang didasarkan atas respon elastik struktur, sedangkan spectrum inelastik (disebut juga spectrum respon) adalah spectrum yang discale down dari spektrum elastik dengan nilai daktalitas tertentu. Nilai spektrum dipengaruhi oleh periode getar, rasio redaman, tingkat daktalitas dan jenis tanah.
Konsep spektrum respons waktu ini diterima secara luas dalam struktur dinamik khususnya perencanaan bangunan tahan gempa. Secara sederhana dijelaskan bahwa spektrum respons adalah plot respon maksimum (perpindahan,kecepatan dan percepatan maksimum) dan fungsi beban tertentu dari sistem berderajat kebebasan satu. Absis dari spektrum adalah frekuensi natural dari sistem dan ordinat adalah respon maksimum.
Spektrum respon dalam hal ini adalah plot antara koefisien gempa dasar C dengan periode getar struktur T. Secara umum dapat dikatakan bahwa koefisien gempa dasar C utamanya dipengaruhi oleh daerah gempa, periode getar struktur T dan jenis tanah. Untuk setiap respon spektrum disajikan juga pengaruh kondisi tanah, yaitu spektrum untuk tanah keras, tanah lunak dan tanah sedang. Tiap-tiap daerah gempa akan mempunyai spektrum respon sendiri-sendiri, seperti pada gambar berikut:
Umumnya bangunan tahan gempa direncanakan dengan prosedur yang ditulis dalam peraturan perencanaan bangunan (building code). Peraturan dibuat untuk menjamin keselamatan penghuni terhadap gempa besar yang mungkin terjadi, dan untuk menghindari atau mengurangi kerusakan atau kerugian harta benda terhadap gempa sedang yang terjadi. Walaupun demikian, prosedur yang digunakan dalam peraturan tersebut tidak dapat secara langsung menunjukkan kinerja bangunan terhadap suatu gempa sebenarnya, kinerja tadi tentu terkait dengan resiko yang dihadapi pemilik bangunan dan investasi yang dibelanjakan terkait dengan resiko yang dihadapi pemilik bangunan dan investasi yang dibelanjakan terkait dengan resiko yang diambil. Perencanaan tahan gempa berbasis kinerja merupakan proses yang dapat digunakan untuk perencanaan bangunan baru maupun perkuatan bangunan yang sudah ada, dengan pemahaman yang realistik terhadap resiko keselamatan, kesiapan pakai dan kerugian harta benda yang mungkin terjadi akibat gempa yang akan datang.
Hal penting dalam perencanaan berbasis kinerja adalah sasaran kinerja bangunan terhadap gempa dinyatakan secara jelas, sehingga pemilik, penyewa, asuransi, pemerintahan atau penyandung dana mempunyai kesempatan untuk menetapkan kondisi apa yang dipilih, selanjutnya ketetapan tersebut digunakan perencana sebagai pedomannya. Sasaran kinerja terdiri dari kejadian gempa rencana yang ditentukan, dan taraf kerusakan yang diijinkan atau level kinerja dari bangunan terhadap kejadian gempa tersebut. Mengacu pada FEMA-273(1997) yang menjadi acuan klasik bagi perencanaan berbasis kinerja maka kategori level kinerja struktur, adalah:
1. Segera dapat dipakai (IO=Immediate Occupancy) 2. Keselamatan penghuni terjamin (LS=Life-safety)
b. ANALISIS TIME HISTORY
Untuk perencanaan struktur bangunan gedung melalui analisis dinamik linier riwayat waktu terhadap pengaruh pembebanan gempa horisontal, percepatan muka tanah asli dari gempa masukan harus diskalakan ke taraf pembebanan gempa nominal tersebut, sehingga nilai percepatan puncak A menjadi
� =�0�
� (3.37)
Dimana:
A0 = percepatan puncak muka tanah
R = faktor reduksi gempa representatif dari struktur gedung yang bersangkutan
I = faktor keutamaan
Untuk mengkaji perilaku pasca elastik struktur gedung terhadap pengaruh gempa rencana, harus dilakukan analisis respon dinamik non-linier riwayat waktu, di mana percepatan muka tanah asli dari gempa masukan harus diskalakan, sehingga nilai percepatan puncaknya menjadi sama dengan A0I, seperti tabel dibawah.
Tabel 2.1 Percepatan puncak batuan dasar dan percepatan puncak muka tanah untuk masing-masing wilayah gempa Indonesia
Wilayah gempa Percepatan puncak batuan dasar (g)
Percepatan puncak muka tanah A0 (g)
Tanah keras Tanah
sedang
Tanah lunak Tanah
khusus
2 0.10 0.12 0.15 0.20 evaluasi khusus di setiap lokasi 3 0.15 0.18 0.23 0.30 4 0.20 0.24 0.28 0.34 5 0.25 0.28 0.32 0.36 6 0.30 0.33 0.36 0.38
Tabel 2.2 faktor keutamaan I untuk berbagai kategori gedung
Kategori gedung Faktor Keutamaan
I1 I2 I3
Gedung umum seperti untuk penghunian,perniagaan dan perkantoran
1,0 1,0 1,0
Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6
Gedung penting pasca gempa seperti rumah
sakit.instalasi air bersih,pembangkit tenaga listrik,pusat penyelamatan dalam keadaan darurat,fasilitas radio dan televisi
1,4 1,0 1,4
Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas,produk minyak bumi,asam,bahan beracun
1,6 1,0 1,6
Cerobong,tangki diatas menara 1,5 1,0 1,5
Akselerogram gempa masukan yang ditinjau dalam analisis dinamik linier dan non-linier riwayat waktu, harus diambil dari rekaman gerakan tanah akibat gempa yang didapat disuatu lokasi yang mirip kondisi geologi, topografi dan seismotektoniknya dengan lokasi
tempat struktur gedung yang ditinjau berada. Untuk mengurangi ketidak pastian mengenai kondisi lokasi ini, paling sedikit harus ditinjau 4 buah akselerogram dari empat gempa yang berbeda, salah satunya harus diambil akselerogram Gempa El Centro N-S yang telah direkam pada tanggal 15 mei 1940 di california. Berhubung gerakan tanah akibat gempa pada suatu lokasi tidak mungkin dapat diperkirakan dengan tepat, maka sebagai gempa masukan dapat juga dipakai gerakan tanah yang disimulasikan. Parameter-parameter yang menentukan gerakan tanah yang disimulasikan ini antara lain terdiri dari waktu getar predominan tanah, konfigurasi spektrum respons, jangka waktu gerakan dan intensitas gempanya.
Beban gempa adalah fungsi waktu, sehingga respon pada struktur juga tergantung dari waktu pembebanan. Akibat Gempa Rencana struktur akan berperilaku inelastik. Untuk mendapatkan respon struktur tiap waktu dengan memperhitungkan perilaku nonlinier, maka dilakukan analisis riwayat waktu inelastik nonlinier dengan analisis langkah demi langkah (metode integrasi bertahap) memakai DRAIN-2D. Beban gempa yang digunakan adalah El Centro 1940, Bucharest 1977, Flores 1992 dan Pacoima Dam 1971. Analisis memakai 4 macam gempa yang diskalakan intensitasnya terhadap amplitudo maks. Percepatan tanah (Ao) pada kurva respons spektrum SNI 1726- 2002 saat T = 0. Perhitungan skala intensitas sebagai berikut, untuk gempa El-Centro percepatan puncak tanah asli = 0,3417g, sedangkan percepatan puncak tanah keras untuk wilayah gempa 4 = 0,24g, maka skala gempa =
0.24
Tabel 2.3 percepatan tanah asli Percepatan gempa Percepatan puncak tanah asli Wilayah 4 Wilayah 6 Percepatan puncak tanah Skla gempa rencana Percepatan puncak tanah Skla gempa rencana El Centro 0.3417 0,24 0.7024 0,33 0.965 Bucharest 0.2015 0,24 1.1911 0,33 1.6377 Pacoima 1.1469 0,24 0.2093 0,33 0.2877 Flores 0.1300 0,24 1.8462 0,33 2.5385
BAB III